JP2005093740A - プラズマｃｖｄ装置の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内における半導体ウェハーの異常搬送の検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る異常搬送の検出方法は、以下に示す特徴を有する。即ち、チャンバー１０内の下部電極１３上に半導体ウェハー３０を搬送し、ガスをチャンバー１０内に供給しながら、チャンバー１０内の上部電極１２にＲＦ電源２１から発せられたＲＦ波電圧を印加してプラズマを発生させ、半導体ウェハー３０に薄膜を形成すると共に、上部電極１２に接続されたインピーダンスモニターＩＭにより、上部電極１２と、下部電極１３及びチャンバー１０との間のインピーダンスを計測してモニタリングすることにより、半導体ウェハー３０の異常搬送を検出するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ装置の異常検出方法に関し、特に、半導体ウェハーの異常搬送の検出方法に関する。

従来より、半導体の薄膜形成方法の１つとして、良好なステップカバレッジで成膜可能なプラズマＣＶＤ（化学気相成長法）が知られている。プラズマＣＶＤは、半導体ウェハーが搬送されたチャンバー内に、薄膜材料を構成する元素から成るガスを充填し、高周波電圧（以下、「ＲＦ電圧」と略称する）の印加によりガスをプラズマ化して、化学反応によりガスを堆積させるものである。

上述した従来例に係るプラズマＣＶＤは、例えば以下に示すプラズマＣＶＤ装置により行われる。

プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内には、ガス噴出口であるシャワーヘッドを兼ねた上部電極が設けられている。また、上部電極には、インピーダンス整合器を介して高周波電源（以下、「ＲＦ電源」と略称する）が接続されている。ＲＦ電源からのＲＦ電圧は、上部電極からガス雰囲気中に印加される。ここで、ＲＦ電源のインピーダンスは、チャンバー側のインピーダンスとは異なるため、ＲＦ電源とチャンバーの間には、両者のインピーダンスを整合するインピーダンス整合器が設けられている。また、上部電極と対向して、チャンバー１０と同電位になる下部電極が設けられており、この下部電極は、半導体ウェハーが搬送されて載置されるステージを兼ねている。

なお、関連する技術文献としては、例えば、以下の特許文献１がある。
特開２００１−１６４３６８号公報

しかしながら、従来例におけるプラズマＣＶＤは、半導体ウェハーがチャンバー内のステージ上に異常搬送された場合（例えば、通常のウェハー載置位置からずれ、ウェハがステージ上で傾いて載置された場合）、その異常搬送を検出する手段を有していなかった。そのため、半導体ウェハーの異常搬送に伴う薄膜の形成不良をＣＶＤ工程が完了する前に阻止することができなかった。従って、薄膜が形成される半導体ウェハーの歩留まりが低下するといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、プラズマＣＶＤ工程を行いながら、半導体ウェハーの異常搬送を検出することが可能な、プラズマＣＶＤ装置の異常検出方法を提供するものである。

本発明のプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、以下に示す特徴を有するものである。即ち、チャンバー内の下部電極上に半導体ウェハーを搬送し、チャンバー内にガスを供給しながら、そのチャンバー内の上部電極に、高周波電源から発せられた高周波電圧を印加して、チャンバー内にプラズマを発生させ、半導体ウェハーに薄膜を形成すると共に、上部電極に接続されたインピーダンスモニターにより、上部電極と下部電極との間のインピーダンスを計測することにより、半導体ウェハーの異常搬送を検出するものである。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法は、上記異常検出方法に加えて、インピーダンスモニターが、半導体ウェハーの異常搬送を検出した場合、制御手段により、ガスの供給、高周波電圧の印加、ガスの供給及び高周波電圧の印加、のいずれかを停止するものである。

本発明のプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法は、チャンバー内の上部電極と下部電極間のインピーダンスをＣＶＤ中にモニタリングすることで、半導体ウェハーの異常搬送の検出を可能にした。これにより、半導体ウェハーの異常搬送に伴う薄膜の形成不良を阻止することが可能となり、歩留まりの低下を抑えることが可能となる。

また、インピーダンスをモニタリングするインピーダンスモニターは、既存のプラズマＣＶＤ装置に装着できるため、異常搬送検出機能を有する新たなプラズマＣＶＤ装置の導入といった設備投資を必要としない。これにより、設備投資に伴う製造コストの増大を最小限に抑えることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法ついて、図面を参照して説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法を説明する図である。なお、図１は、プラズマＣＶＤ装置のチャンバーを示したものである。

チャンバー１０の基本構成を以下に示す。図１に示すように、チャンバー１０には、薄膜材料を構成する元素から成るガスをチャンバー１０内に充填するためのガス導入管１１が設けられている。ガス導入管１１は、チャンバー１０内の上部に設けられた上部電極１２に接続している。この上部電極１２は、ガス導入管１１から送られたガスをチャンバー１０内に放出できるシャワーヘッドを兼ねている。

さらに、上部電極１２には、インピーダンス整合器２０を介して、所定の周波数のＲＦ電圧を印加するＲＦ電源２１が、接続されている。インピーダンス整合器２０は、ＲＦ電源２１側のインピーダンスと、そのインピーダンスとは異なるチャンバー１０側のインピーダンスとを整合させる機能を有するものである。

また、上部電極１２とインピーダンス整合器２０との間には、インピーダンスモニターＩＭが接続されている。インピーダンスモニターＩＭは、上部電極１２に印加されるＲＦ電圧値及びその電流値を計測することにより、チャンバー１０側のインピーダンスを時系列に沿って計測するものである。

そして、チャンバー１０内の上部電極１２に対向した位置には、チャンバー１０と同電位（例えば接地電位）になる下部電極１３が設けられている。下部電極１３は、チャンバー１０内に移された半導体ウェハー３０が搬送されて載置されるステージを兼ねている。

本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の異常検出は、上述したチャンバー１０内において、以下のように行われる。

ガス導入管１１より、薄膜材料を構成する元素から成るガスを、上部電極１２へ送出する。このガスは、シャワーヘッドを兼ねる上部電極１２からチャンバー１０内へ放出される。このチャンバー１０内に流されるガスとしては、例えばＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）やＮ_２Ｏなどが挙げられるが、これには限定されない。また、上部電極１２から放出されたガスは、チャンバー１０内において、所定の圧力下に保持される。

そして、ガスをチャンバー１０内に供給すると同時に、上部電極１２に、所定の周波数のＲＦ電圧を印加する。このＲＦ電圧の印加により、チャンバー１０内に充填されたガスがプラズマ化される。プラズマ化されたガスは、化学反応により、下部電極１３上に搬送されて載置されている半導体ウェハー３０の表面上に堆積して、薄膜（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜）を形成する。

上記ガスの供給及びＲＦ電圧の印加と並行して、インピーダンスモニターＩＭにより、上部電極１２と下部電極１３との間のインピーダンスを、時系列に沿って計測する。上部電極１２と下部電極１３との間のインピーダンスは、インピーダンスモニターＩＭが計測する上部電極１２と下部電極１３間のＲＦ電圧の電位、及びＲＦ電圧印加時の電流の値に基づいて求められる値である。

本発明の発明者が行った実験によれば、半導体ウェハー３０が下部電極１３上に異常搬送された場合（例えば下部電極１３上に傾いて載置された場合）のインピーダンスは、半導体ウェハー３０が正常に搬送された場合（下部電極１３上の所定の位置に載置された場合）に比して、異なる値をとることが判明した。

半導体ウェハー３０の搬送状態とインピーダンスとの間に確認された上記関係を、図２に示す。図２は、半導体ウェハー３０が正常搬送された場合、及び異常搬送された場合において、インピーダンスモニターＩＭが計測したインピーダンス値と時間との関係を示すグラフである。

本実施形態では、半導体ウェハー３０の搬送状態とインピーダンスとの間に確認された上記関係により、半導体ウェハー３０の異常搬送を、インピーダンスモニターＩＭにより計測したインピーダンスのモニタリングにより検出する。即ち、半導体ウェハー３０の正常搬送時のインピーダンスに基づいて所定の誤差範囲を有した閾値を設定し、その閾値の範囲内に、ＣＶＤ中にインピーダンスモニターＩＭが計測したインピーダンスが収まらない場合、半導体ウェハー３０が下部電極１３上の所定の位置に搬送されていないものとして異常搬送を検出する。

上述したように、ＣＶＤ中のチャンバー１０側のインピーダンスを計測することで、プラズマＣＶＤによる薄膜形成が完了する前に、半導体ウェハー３０の異常搬送を検出することが出来る。これにより、半導体ウェハー３０の異常搬送に伴う薄膜の形成不良を減少させることが可能となる。また、上述した異常検出方法によれば、インピーダンスモニターＩＭは、既存のプラズマＣＶＤ装置に装着できるため、新たなプラズマＣＶＤ装置の導入といった設備投資を必要とせずに異常搬送を検出することができる。

なお、プラズマＣＶＤの停止を制御し得る制御手段（不図示）を設けることにより、インピーダンスモニターＩＭにより異常搬送を検出した場合、異常検出信号を制御手段に出力して、プラズマＣＶＤを停止もしくは一時停止させる制御（例えばガスやＲＦ電圧の供給の停止等）を行ってもよい。

また、上述した実施形態においては、インピーダンスモニターＩＭが計測したインピーダンスのモニタリングにより異常搬送を検出したが、本発明は、これに限定されない。即ち、正常搬送と異常搬送の比較が行える性質を有した電気的変量であれば、インピーダンスモニターＩＭは、インピーダンス以外の電気的変量（例えは上部電極１２と下部電極１３との間の電位）を計測することで異常搬送を検出してもよい。

本発明を実施するための最良の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法を説明する図である。 インピーダンスモニターが計測したインピーダンス値と時間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ チャンバー １１ ガス導入管 １２ 上部電極
１３ 下部電極 ２０ インピーダンス整合器 ２１ ＲＦ電源
３０ 半導体ウェハー ＩＭ インピーダンスモニター

Claims (2)

1. チャンバー内の下部電極上に半導体ウェハーを搬送し、前記チャンバー内にガスを供給しながら、該チャンバー内の上部電極に、高周波電源から発せられた高周波電圧を印加して、前記チャンバー内にプラズマを発生させ、半導体ウェハーに薄膜を形成すると共に、
   前記上部電極に接続されたインピーダンスモニターにより、前記上部電極と、前記下部電極及び前記チャンバーとの間のインピーダンスを計測することにより、前記半導体ウェハーの異常搬送を検出することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法。
2. 前記インピーダンスモニターが、前記半導体ウェハーの異常搬送を検出した場合、制御手段により、前記ガスの供給、前記高周波電圧の印加、前記ガスの供給及び前記高周波電圧の印加、のいずれかを停止することを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置の異常検出方法。

Images